Удельный модуль

Термин высокопрочные волокнистые материалы , так как он используется в зтой главе, относится к материалам, состоящим из слоев металла или пластика, содержащих волокна, в которых отношение прочности к плотности (удельная прочность) или модуля к плотности (удельный модуль) значительно выше, чем в обычных конструкционных металлах. [c.79]

Показаны превосходные усталостные свойства углепластиков с высокомодульными (типа I) волокнами при осевом нагружении, а также их относительная нечувствительность к вредному влиянию влажности или наличия масла при нормальной температуре. За исключением случая, когда среднее напряжение является незначительным растягивающим, усталостная прочность близка к статической прочности на растяжение и сжатие. Влияние циклических нагрузок несколько больше для композитов с высокопрочными (типа II) волокнами, но и их свойства оказываются достаточно высокими. Существенное преимущество углепластиков состоит в их необычайно высокой удельной усталостной прочности наряду с высоким удельным модулем. Эти два свойства совместно обеспечивают большую потенциальную возможность экономии в весе. [c.363]

Из всех известных армирующих материалов борные и углеродные волокна являются одними из наиболее перспективных для упрочнения алюминиевых, магниевых, титановых и других металлических матриц, в связи с тем что предел прочности указанных волокон составляет —350 кгс/мм , а модуль упругости —40 ООО кгс/мм при плотности 1700—2600 кг/м . Это обеспечивает достижение в композиционных материалах весьма высоких значений удельной прочности и удельного модуля упругости. [c.33]

Значительный прогресс последних лет привел к революции в технологии материалов с высокими удельной прочностью и удельным модулем упругости, получаемых путем составления соответствующих композиций из мягкого, относительно низкопрочного материала и высокопрочных волокон или частиц. Вполне естественно, что для улучшения физикомеханических свойств композиционных материалов необходимо в достаточной степени изучить их механическое поведение. [c.7]

Рис. 1.3. Сопоставление удельных прочностей а/р и удельных модулей упругости Е/р различных материалов

Материал Плотность р, кг/см Теоретическая прочность (Jj, 10 кгс/см Действительная прочность 10 кгс/см og p, 10 см Модуль упругости при растяжении Е, 10 кгс/см Удельный модуль упругости Е/р, 10 см [c.18]

Материал Плотность р, г/сы Прочность при растяжении о, кгс/см Удельная прочность о/р, 10 см Модуль упругости при растяжении Е, 10 кгс/см Удельный модуль упругости /р, 10= см [c.19]

Рис. 2.13. Изменение удельного модуля упругости композита с дисперсными частицами в зависимости от объемного содержания частиц. Экспериментальные значения мелкие сплошные стеклянные частицы, рассеянные в эпоксидной смоле мелкие полые стеклянные частицы в эпоксидной смоле.

E/(pg) — удельный модуль упругости [c.10]

Удельный модуль упругости 9 км [c.21]

Характеристики углеродных волокон приведены в табл. 2.3. Они обладают низкой плотностью и высокими прочностью при растяжении и модулем упругости. Следовательно, углеродные волокна имеют высокую прочность и удельный модуль упругости. Наиболее характерной особенностью углеродных волокон является их высокий удельный модуль упругости. Это позволяет с успехом использовать углеродные волокна для армирования материалов конструкционного назначения. Углеродные волокна имеют также низкий коэффициент трения, высокую электропроводность и отрицательный коэффициент термического расширения (вдоль волокон). Они нестойки к окислению в воздушной среде. При [c.39]

Рис. 7.9. Соотношение между удельным модулем упругости и сопротивлением температурной деформации для различных материалов ( F - углеродные волокна) [15].

Рис. 10.1. Удельная прочность и удельный модуль упругости алюминия (1), стали и титана (2), стеклопластиков (3), бериллия (4) и некоторых композиционных материалов

Удельный модуль упругости, МПа- м /кг [c.200]

В аэрокосмической технике требования обычно выше, чем в других областях применения, это относится к таким важным характеристикам, как малая масса, высокие прочность и жесткость и хорошая стойкость к усталостным напряжениям. Композиты, особенно с высокими эксплуатационными характеристиками, являются единственными существующими в настоящее время материалами, отвечающими данным требованиям. Удельная прочность при растяжении для углепластиков составляет около 9,2 X X 10 м по сравнению с 2- 0 м у алюминия. Удельный модуль упругости составляет 8,4- 10 м. Предел выносливости углеродных волокон составляет 80 % от статической прочности по сравнению с 35 % для алюминия. [c.538]

Композиция алюминий — бериллий рассмотрена Тоем 135]. Композицию изготовляли путем диффузионного соединения при горячем прессовании бериллиевой проволоки с алюминиевой фольгой. Были получены хорошие механические свойства (удельный модуль упругости и удельная прочность) при использовании проволоки с прочностью 1,25 ГН/м (125 кгс/мм ). Проводили оценку сопротивления усталости и жаропрочности, которые также зависели от характеристик упрочняющих волокон. Однако вследствие исключительно высокой стоимости тонкой бериллиевой проволоки, обеспечивающей высокую прочность, использование этой композиционной системы для важных конструкционных материалов ограничено. [c.45]

Удельный модуль упругости, см. .........................620 10 [c.381]

Данные табл. 12 показывают, что при армировании магния углеродными волокнами Торнел-75 удельный модуль композиции становится в 4 раза выше удельного модуля традиционных маг- [c.404]

Основные требования, предъявляемые к волокнам, — высокие удельный модуль упругости и удельная прочность, стабильность свойств малая стоимость и простота введения в композиционный [c.423]

Почти для всех промышленных сплавов удельный модуль упругости - У = 2,7ч-2,9-10 , тогда как для бериллия он 16,5-10 , т. с, в 6 раз больше. Если бы в расчет входила только упругая константа (модуль упругости), то иримснепие бериллия позволило бы сократить массу изделия во много раз. Это было бы возможно, если бы бериллий не был так дорог. [c.600]

В табл. 1 даны свойства некоторых материалов, представляющих наибольший интерес для самолетостроения (для композиционных материалов приведены показатели, полученные при испытаниях одноосноармированных образцов в направлении выкладки наполнителя). Значения предела прочности при растяжении и модуля упругости композиционных материалов приблизительно в 3 раза выше, чем у лучших алюминиевых сплавов. Делением указанных значений на плотность материала получают истинную меру его эффективности массы — показатели удельной прочности и удельного модуля упругости. По данным таблицы, композицион- [c.40]

Бор. Волокна бора характеризуются высоким сопротивлением сжатию наряду с высоким удельным модулем. Это позволяет использовать их, в особенности для конструкций, работающих под давлением (с ограниченной устойчивостью) и обладающих высокой жесткостью. Свойства волокон высоко стабильны. Благодаря высокому модулю упругости бора в полимерной матрице возникают низкие напряжения. Волокна имеют хорошую адгезию к связующему (матрице), что подтверждают высокие результаты стандартных испытаний на межслоевой сдвиг по методу короткой балки. Сочетание этих свойств ведет к повышению усталостной прочности волокнистых материалов с применением бора, составляющей, как правило, 70% от предельного значения кратковременной йрочно-сти для одноосноармироваиных материалов. [c.83]

Углеродные волокна. В композиционных материалах используются различные виды углеродных волокон. В первом приближении они могут быть разделены на высокомодульные, высокопрочные и среднего качества дешевые волокна. Высокомодульные волокна имеют модуль упругости от 35 000 до 52 000 кгс/мм . Эти волокна обладают самым высоким удельным модулем упругости и в 7—11 раз жестче алюминия, титана и стали. Таким образом, теоретически они могут быть исключительно эффективны для высокожестких конструкций. [c.84]

Наиболее значительным недостатком во.локна РВВ-49 в настоящее время считается его низкий удельный модуль упругости (в 3 раза ниже, чем у стекла 8, и в 2 раза нияш, чем у бора и графита), а также низкий предел прочности на сжатие, который составляет 10—15% от предела прочности на сжатие борных и 15 — [c.86]

Верхняя обшивка. Выбран композиционный материал бор — алюминий (В—А1) ввиду высоких показателей прочности при сжатии и удельного модуля сдвига, особенно при температурах 150—200° С. Материал получен диффузионной сваркой монослоев, содерН ащих борные волокна диаметром 140 мкм (47% по объему) в матрице из алюминиевого сплава 6061 и приварен к титановым закоицовкам корня (комля) для передачи нагрузок. Обшивка представляет собой трехслойную конструкцию с листами из бор-алюминия и алюминиевым заполнителем. Внутренняя поверхность выполнена плоской с тем, чтобы упростить проблему крепления. Принятая ориентация волокон 0 45 - с добавлением слоев, ориептгт-рованных под углом 90°, для локального усиления болтовых соединений при наложении действующих по хорде усилий от закрылков и предкрылков. Для крепления листов внешней облицовки к титану необходимы трехступенчатые соединения (см. рис. 13). Вследствие меньших действующих нагрузок для крепления внутренних листов требуется только двухступенчатое соединение. Нагрузка в соединениях по внешней поверхности составляет 3567 кгс/см. Для расчета отверстий болтовых соединений был использован зкспериментальпо определенный коэффициент концентрации напряжений. Отверстие для отбора проб топлива диаметром 76 мм усилено дополнительными слоями, ориентированными в направлениях 0 и 45°. [c.151]

При осевом нагружении были обнаружены превосходные усталостные характеристики как однонаправленных, так и ортогонально армированных углепластиков с высокомодульными волокнами типа I. Удельная усталостная прочность углепластиков вместе с удельным модулем дают большие возможности для уменьшения веса изделия притих разумном применении. Хотя пока опубликовано немного данных, по-видимому, можно сказать, что композиты с волокнами типа II более подвержены влиянию усталости, но обладают все же очень хорошими усталостными свойствами. Отсутствуют опубликованные результаты для композитов с волокнами типа III. Обнаружено, что прочность на сжатие намного ниже, чем прочность на растяжение, и поэтому изгибная усталостная прочность определяется прочностью на сжатие. Было установлено, что влияние усталости значительно более заметно в условиях сдвигового нагружения как при межслойном сдвиге, так и при кручении. Не сообщено об усталостных испытаниях при сдвиге в плоскости листа, однако большинство [c.391]

Следует отметить, что для композитов характерна тенденция к дальнейшему повышению удельной прочности. На рис. 1.3 показаны соотношения между удельной прочностью и удельным модулем упругости для различных материалов. Из приведенных данных MOHiHo видеть, что область расположения композитов значительно удалена от начала координат в сравнении с обычными материалами. Это свидетельствует о лучших механических характеристиках композитов. [c.12]

Применение углеродных, стеклянных, арамидных и борных волокон, содержащихся в материале в количестве 50-70%, позволило создать композиции (табл. 1.1) с удельной прочностью и удельным модулем упругости в 2-5 раз большими, чем у обычных конструкционных материалов и сплавов Кроме того, волокнистые композиты превосходят металлы и сплавы по усталостной прочности, термостойкости, вибро-устойчивости, пп-мопоглощению, ударной вязкости и др тим свойствам. [c.14]

Бериллий обладает эффективным сечением захвата тепловых нейтронов, большой проницаемостью для мягкого рентгеновского излучения (в 17 раз больше, чем у алюминия), высокой отражательной способностью, малым коэффициентом линейного расширения, хорошей коррозионной стонко-аью, сравнительно высокой прочностью, но низкой пластичностью. Бериллий имеет уникальный модуль упругости. Если для большинства металлов и промышленных сплавов (за исключением сплавов типа 1420) значение удельного модуля упругости E/(pg) колеблется в пределах (2,3—2,6) 10 км, то удельный модуль упругости бериллия достигает 16,6-10 км, а сплавов бериллия с алюминием и магнием 10,5-10 км (табл. 78). Наряду с ценными техническими свойствами бериллий и его соединения обладают резко выраженными токсическими свойствами. Наиболее токсичными являются химические соединения бериллия, особенно хлористые и фтористые. Аэрозоли и мелкодисперсные частицы бериллия, его сплавов и соединений воздей- [c.321]

Рис. I, 5. Удельная прочность и удельный модуль упругости различных однонаправленных армированных материалов [2].

Для компенсации этого недостатка стремятся повысить прочность вращающихся колец путем введения в них слоев армирующих волокон с различными механическими свойствами [9-11]. Основная цель при этом — уменьшить напряжения и снизить деформации в радиальном направлении. Напряжения снижают благодаря использованию во внешней части кольца легких материалов, а для уменьшения деформаций повышают жесткость внешней части. Это может быть достигнуто, например, путем армирования внешней части волокнами, обладающими высоким удельным модулем упругости. В качестве примера изменения типа армирующих волокон в радиальном направлении можно привести кольца, внутреннюю часть которых получают методом намотки стеклянных волокон, а внешнюю часть - углеродных [9] другой пример - формирование внутренней части кольца из стеклотекстолита, а внешней - из однонаправленного стекло- или углепластика [10,11]. [c.192]

Плотность, г/см Прочность при растяжении вдоль волокон, МПа Прочность при сжатии вдоль волокон, МПа Модуль упругости при растяжении и сжатии вдоль волокон, ГПа Прочность при межслое-вом сдвиге, МПа Коэффициент Пуассона Удельная прочность при растяжении, км Удельный модуль упругости, км [c.265]

Другой метод повышения жесткости состоит в использовании для намотки высокомодульного волокна. Из высокомодульных материалов, применяемых для этой цели, наибольшее внимание привлекают углеродное, а также арамидное волокно Кевлар-49 фирмы Дюпон . Удельный модуль у этих армирующих материалов в 3—4 раза выше, чем у стеклянных ровингов. Другим их преимуществом является низкая плотность, благодаря чему удельная прочность таких композитов оказывается выше, чем у стеклопластиков (табл. 16.1). Стоимость углеродных и арамидных воло-200 [c.200]

Для достижения максимальной удельной жесткости при изгибе надо стремиться к максимальному увеличению отношения /р которое, как и Ejp, обычно значительно выше для наполнителя, чем для матрицы. Однако если плотность наполнителя значительно больгие плотности матрицы (как в случае стеклянного наполнителя), то удельная жесткость (удельный модуль упругости при [c.189]

Основное условие создания конструкций — жесткость и устойчивость материала. Важным свойством последнего является удельный модуль упругости (отношение модуля упругости к плотности). Промышленные материалы, такие, как сталь, алюминий, титан и стекло, имеют близкие значения удельного модуля упругости. Органические материалы характеризуются более низкими величинами отношения модуля упругости к плотности. Для повышения удельного модуля упругости конструктор вынужден в основном использовать материалы с более низкой плотностью и увеличивать размер сечения, чтобы обеспечить жесткость при изгибе без превышения массы. Однако для ряда конструкций этот выбор практически невозмон ен и требуется материал, обладаю-ш,ий повышенным отношением модуля упругости к плотности. Бор и углерод, которые обладают ковалентной связью, имеют более высокий удельный модуль (15 X 10 см) по сравнению с материалами, которые имеют металлическую или ионную связь. Другие материалы, имеющие высокую долю ковалентной связи, такие, как карбид бора, карбид кремния, окись алюминия, также обладают высоким удельным модулем упругости. [c.12]

Для того чтобы иметь наиболее высокий удельный модуль упругости материала, требуется не только большая доля ковалентной связи в твердом состоянии, но одновременно низкая плотность. Промышленные металлы, такие, как алюминий, кобальт, медь, хром, железо, магний, никель и титан, имеют удельный модуль упругости в пределах 1,3—3,5 X 10 см. Органические полимеры имеют обычно гораздо меньшие величины удельного модуля. К сожалению, материалы с высоким удельным модулем, например бор и карбиды, не могут быть использованы для изготовления крупногабаритных инженерных конструкций. Более того, они очень хрупки, и поэтому очень чувствительны к трещинам и дефектам, что не позволяет их применить в крупных сечениях. Действительно, материалы с высоким удельным модулем не могут быть использованы, если одновременно не достигается высокая прочность инн<енерной конструкции. Необходимость сочетания прочности и вязкости при растягивающих нагрузках, [c.12]

Рис. 1. Удельный модуль упругости раз-дичных аэрокосмических материалов (50 об. % волокон)

Высокий модуль упругости металлических матричных сплавов по сравнению с органическими материалами особенно важен в высокомодульных композиционных материалах. На рис. 1 сравниваются удельные модули упругости нескольких компоги ионных материалов, армированных волокнами. Отметим, что хотя композиционный материал бор — эпоксидная смола с однонаправленным расположением волокон имеет наиболее высокие значения удельного модуля упругости в направлении волокон, его обобщенный удельный модуль упругости (псевдоизотропный О 60°) значительно нин<е, чем у композиции Борсик — алюминий. Удель ный модуль сдвига также выше для металла, армированного волокнами. Коэффициент жесткости Eld) очень важен для дина-мических конструкций, таких, как лопасти вентилятора газовой турбины и крупногабаритные самолетные профили [c.16]

Установлено, что величины плотности материала, модуля упругости при растяжении и модуля сдвига достигают максимальных значений при температуре, времени и давлении прессования, близких к верхним предельным значениям интервала варьирования, однако максимальная прочность композиции наблюдается лишь при низком давлении прессования (около 140 кгс/см ). Прессование при сравнительно низком давлении в сочетании с хорошей ориентацией волокон в пресс-форме и достаточной равномерностью никелевого покрытия позволило свести к минимуму механическое повреждение волокон и получить композиционный материал с пределом прочности при растяжении 800 МН/м (81,5 кгс/мм ) и модулем упругости 240 ГН/м (24 500 кгс/мм ) при содер кании углеродных волокон Торнел-50 около 50об.%. Для композиции с армирующими волокнами Торпел-75 предел прочности при растяжении и модуль упругости составили 830 МН/м (84,6 кгс/мм ) и 310 ГН/м (31 700 кгс/мм ) соответственно. Значения удельной прочности и удельного модуля материала 15 км и 6000 км. [c.395]

И длительной прочности при повышенных температурах и плохим сопротивлением развитию разрушающей трещины. Эти недостатки бериллиевых сплавов, очевидно, могут быть устранены при армировании их высокопрочными и высокомодульными углеродными волокнами. Из данных, представленных на рис. 44, следует, что из всех рассмотренных композиционных материалов и традиционных сплавов композиционный материал бериллий — углеродное волокно потенциально обладает наивысшими значениями удельной кратковременной прочности при температурах до 980° С. Значение этой характеристики для композиции на основе бериллия в 4,5 раза выше, чем для композиции нихром — углеродное волокнод и примерно в 30 раз выше, чем для таких традиционных жаропрочных сплавов, как МАР-М-200, Рене 41 и ТД-ни-кель. Расчетный удельный модуль упругости композиции бериллий — углеродное волокно составляет 15 000 км, т. е. в 10 раз выше, чем у жаропрочных сплавов. G учетом этих данных разра- [c.412]

Применяемые в настоящее время конструв ционные материалы , такие, как сталь, алюминий и стекло, имеют примерно одинаковое отношение модуля упругости к плотности (удельный модуль упругости), а органические материалы имеют более низкие значения удельного модуля упругости. Кроме того, серьезные ограничения при конструировании накладывает невысокий уровень отношения предела прочности к плотности (удельная прочность) современных высокопрочных металлических сплавов. Важнейшая задача создания композиционных материалов заключается в преодолении некоторых из этих ограничений путем применения чрезвычайно прочных и связанных в единый комплекс волокон, таких, как борные волокна, в сочетании с матрицей, позволяющей изготовлять из этого материала конструкции и применять их. [c.420]

Данные табл. 1 свидетельствуют о повышении удельного модуля упругости композиционного материала вследствие упрочнения волокнами. Удельный модуль упругости борного волокна примерно в 6 раз выше, чем у любых стандартных конструкционных металлов, включая стали, алюминий, молибден, медь, магний, что является следствием более жесткой ковалентной связи по сравнению с металлической. Жесткость металлической связи, в свою очередь, более высокая, чем жесткость в органических смолах. В то время как материалы с металлической связью имеют удельный модуль упругости 2500 км, наиболее типичный уровень этой характеристики для материалов на основе органической смолы составляет около 250 км. Из-за низкой жесткости смол композиционные материалы на их основе имеют низкий модуль упругости в направлении, перпендикулярном направлению укладки Болох на, и малый модуль сдвига. Преимущество однонаправленного боралюминиевого композиционного материала в отношении жесткости распространяется и на материал с волокнами, уложенными в различных направлениях, поскольку волокна, не ориентированные в направлении действия главных напряжений, вносят значительный вклад в величину модуля упругости материала в этом направлении. [c.422]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...